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尾水管的作用和原理
1. 尾水管安装在水轮机的尾水道中,用于收集和利用水轮机尾水的能量。
2. 水轮机使用水流产生动力时,水流动能没有完全转换为机械能,还有部分残余动能。
3. 尾水管可以收集和利用这部分残余的水流动能,提高水能的利用效率。
4. 水从水轮机排出后速度较大,进入尾水管,对管壁产生动量冲击压力。
5. 这个压力会使管壁变形,通过机械传动装置带动发电机转动发电。
6. 尾水管的橫截面积会逐渐增加,减慢水流,维持压力来驱动管壁运动。
7. 也可以通过调节尾水管出口的断面来控制压力,改变发电量。
8. 尾水管发电方式简单可靠,没有额外水头要求,可以有效发挥残余水能。
9. 但输出功率较小,因此多用作水电站的辅助发电方式。
10. 合理设计尾水管的尺寸、材质、传动等参数,可以提高发电效果。
第三节尾水管选型计算尾水管是水轮机重要通流部件之一，尾水管的作用是将流过水轮机转轮的水引向下游，同时回收一部分水流能量，因此水电站都设有尾水管。
其型式和尺寸对水轮机的效率和运行的稳定性有很大的影响。
大型立式机组，由于土建投资占电厂总投资的比例很大，故一般选用弯肘形尾水管以降低水下开挖量和混凝土量。
弯肘形尾水管的几何形状及主要参数，如图1—2—1所示。
图1—2—1 弯肘形尾水管一、尾水管类型选择尾水管分为直锥形尾水管和弯肘形尾水管两类。
该电站总容量为58.7万KW，为大型水轮机组，如采用直锥形尾水管，将会带来巨大的挖深，因而是不经济的，所以尽管弯肘形尾水管的水里损失大些且水里性能不如直锥形尾水管，但由于挖深较小因而采用弯肘形尾水管。
该电站最高水头为95m，肘管宜设金属里衬。
二、尾水管各部尺寸的选择1．尾水管的高度h尾水管的高度h是指水轮机底环平面到尾水管底板的高度，它对尾水管的恢复系数、水轮机运行稳定性及电站开挖量有直接影响。
高度h越大，锥管段的高度可取大一些，因而降低了锥管段出口即肘管段进口及其后部流道的流速，这对降低肘管中的水力损失有利。
一般情况下，通过尾水管的流量愈大，h应采用较大的值，但h增大受到水下挖方量的限制。
h的确定，与水轮机型式有关。
由于混流式和定桨式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中会出现涡带，引起机组振动，如果h太小，则机组振动加剧，故h选择时应综合考虑能量指标和运行稳定性。
根据经验，h一般可作如下选择：H＜120 m的混流式及定桨式水轮机，取h≥（2.3～2.7）D，取1 =2.5 4.5=11.25m。
h=2.5D12．肘管的选择肘管段的形状十分复杂，因为水流要在肘管内拐弯90 ，同时要由进口圆形断面逐渐过渡到出口为矩形断面。
它对尾水管的恢复系数影响很大，且肘管中的水力损失最大。
肘管难以用理论公式计算，通常采用推荐的标准肘管，图1—2—2所示为4号系列肘管。
图中各部分的尺寸参数列于表1—2—4中。
对水轮机尾水管回收动能机理的认识一、水轮机的尾水管的作用1、将转轮出口的水流平顺地引向下游。
2、利用下游水平面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空，从而利用转轮的吸出高度 。
3、回收转轮出口的水流动能，将其转换为转轮出口处的动力真空,减少了转轮出口的动能损失,从而提高水轮机效率。
二、水轮机尾水管的工作原理由能量平衡方程：设转轮所利用的水流能量为ΔE△Ｅ=取2-2断面为基准面，则△Ｅ=（） （1）(1）转轮出口没有装置尾水管水轮机没有装置尾水管，转轮出口直接与大气相通,则代入（1）式可得转轮所利用的能量为a p p =2())2(20221-∆+-=∆E h gH d υ(2）转轮出口装置圆柱形尾水管（如图所示）取5—5断面为基准面，对2—2，5—5断面列能量平衡方程式,则:由于圆柱形尾水管出口断面面积相等,代入上式化简得：代入（1）式可得转轮所利用的能量为：（3）转轮出口装置扩散形尾水管同转轮出口装置园柱形尾水管一样列能量平衡方程式，则式中 由于扩散形尾水管，则： =代入（1）式可得转轮所利用的能量为:由以上可以看出：结论： ())2(20221-∆+-=∆E h gH d υ 52255222202-∆+++=+++h g p g p h H s υγυγ())2(50222-∆+-+=∆E h g H H s d υ52255222202-'∆+++=+++h g p g p h H s υγυγ ())2(50253-'∆+-+=∆E h g H H s d υ())2(50222-∆+-+=∆E h gH H s d υ(1)没有装置尾水管时，转轮只利用了电站总水头的部分，同时损失掉转轮出口水流的全部动能(2)装置圆柱形尾水管时，与没有装置尾水管相比，此时转轮多利用了的能量.这一多出部分称之为静力真空，它是在圆柱形尾水管作用下，转轮出口处不再是大气压而是相应的负压，由于负压存在相当于增加了作用在转轮两端的压力差。
水轮机尾水管课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解水轮机尾水管的基本结构及其在水力发电过程中的作用；2. 学生能够掌握水轮机尾水管的设计原理和计算方法；3. 学生能够了解水轮机尾水管对水轮机性能的影响。
技能目标：1. 学生能够运用相关知识对水轮机尾水管进行简单的设计计算；2. 学生能够通过实例分析，评估不同尾水管设计对水轮机效率的影响；3. 学生能够运用绘图软件绘制水轮机尾水管的结构图。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习水轮机尾水管的设计，培养对水利工程建设的兴趣和热情；2. 学生在学习过程中，增强团队协作意识，提高沟通与交流能力；3. 学生能够认识到水轮机尾水管设计的重要性，增强对能源利用和环境保护的意识。
课程性质：本课程为应用实践型课程，以理论教学为基础，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：初三学生，具有一定的物理基础和数学计算能力，对水利工程有一定的了解，好奇心强，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点，采用讲授、实例分析、小组讨论等多种教学方法，引导学生掌握水轮机尾水管的设计原理和方法，提高学生的实际应用能力。
在教学过程中，注重学生的主体地位，激发学生的兴趣和积极性，培养学生的创新思维和团队协作精神。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 水轮机尾水管的结构与功能：介绍水轮机尾水管的基本结构，包括尾水管、弯头、扩散段等组成部分，分析其功能在水力发电过程中的作用。
2. 水轮机尾水管设计原理：讲解水轮机尾水管的设计原理，涉及流体力学的相关知识，如流速、流量、压力等，以及尾水管尺寸、形状与水轮机性能的关系。
3. 水轮机尾水管设计计算：依据教材相关章节，引导学生学习尾水管设计计算方法，包括流量计算、压力损失计算等，并通过实例进行讲解。
4. 水轮机尾水管对性能影响：分析不同尾水管设计对水轮机效率、稳定性等性能的影响，结合实际工程案例，让学生了解优化设计的重要性。
水轮机尾水管内部水压力脉动论文【摘要】水轮机尾水管内部的水压力脉动是造成水轮机机组发电效益和稳定运行的重要因素之一，通过本文的研究发现，尾水管涡带的主要涡量来源于水轮机泄水锥和转轮上冠，这对尾水管内部的水压力脉动的预测和控制起着很重要的作用。
【关键词】水轮机；尾水管；压力脉动；涡带1.引言2013年柘林水电厂二号机组出现异常振动，经检查发现机组振动主要由水力干扰引起，而水力干扰一般有机组过流部件的流道不均匀造成的水力随机振动，上下止漏环间隙不对称产生的自激振动、高水头低负荷尾水涡带引起的低频振动。
通过停机与带负荷试验，检查主轴密封，并对尾水压力、机组振动频率、顶盖压力测量结果进行分析，上游水位60.72m，下游水位24.80m，在尾水管内出现中心压力低，四周压力高的偏心涡带，引起尾水管内水流的低频压力脉动，它传递到尾水管臂、转轮、顶盖、导水机构、蜗壳，引起有关部件（管）的振动或摆动，为此产生涡带振动。
2.尾水管内部水压力脉动研究2.1部分负荷2.1.1涡带的表现起源于泄水锥的水轮机尾水管涡带呈现螺旋状，而且轮转转向和旋转方向，此时，尾水管涡带导致水轮机的其他部位产生较大的脉动，还会产生水轮机的出力波动和巨大的轴向推力。
尾水管内螺旋状涡带如图1所示。
2.1.2尾水管内的压力分布尾水管内按照时间平均的压力是向中心不断减小的，由于不对称涡带的存在，水流也是不对称的，尾水管内同一半径上的压力分布趋势只能通过瞬时测得的压力反应，涡核内部空腔外的区域压力沿半径减小的方向快速降低，涡核外部压力沿半径减小的方向缓速减小。
而且空蚀工况下的压力比非空蚀工况下的压力降低的小，沿着尾水管的中心，大半径段压力的最大值出现在弯肘段处，小半径压力的最大值出现在直锥段处。
2.1.3压力脉动的频率在部分负荷下，f转总是大于f涡，自由水面、吸出高度、水头对频率的影响可以忽略不计，这两个频率的实际测量比值一般在0.26-0.39之间。
